Nouveaux algorithmes d’optimisation de performances d’avions en croisière

Abid, Khalil (2020). Nouveaux algorithmes d’optimisation de performances d’avions en croisière. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet de mémoire de maîtrise de recherche traite les méthodologies adoptées dans l’optimisation des performances d’un avion en vol afin de réduire la consommation de carburant et l’émission des gaz à effet de serre. L’objectif principal est de réduire l’empreinte environnementale du secteur aéronautique. Ce qui se réalise par la mise en place d’algorithmes qui peuvent être intégrés dans les systèmes de gestion de vol sous forme des fonctions utilisées par l’équipage pendant le vol. Notre étude se contente de la phase de vol la plus longue qui est la croisière.

L’étude effectuée durant ce projet porte, essentiellement sur l’évolution des paramètres de performance d’un avion durant le vol, tels que celle du poids, du débit de carburant, des altitudes et vitesses. Ces paramètres sont générés à l’aide de la base des données de performance (PDB) qui a été qualifiée et validée avant son utilisation afin d’éviter l’erreur de calcul pouvant altérer le bon fonctionnement de ses algorithmes.

Deux algorithmes ont été développés pendant ce projet pour le système de gestion de vol : Le premier algorithme se base sur un concept de mise à jour locale et globale de la table du coefficient de traînée permettant de prédire et de corriger le débit de carburant, le deuxième algorithme permet la création d’une nouvelle fonction intégrée dans le FMS qui permet de suivre les altitudes optimales pendant la croisière, en permanence, selon une trajectoire de montée continue.

Les avions utilisés dans notre projet de recherche sont l’avion d’affaire Cessna Citation X et l’avion commercial de transport de passagers Airbus A310. La validation des résultats est effectuée sur le simulateur de vol de dynamique de vol certifiée au plus haut niveau par la FAA pour le Cessna Citation X au LARCASE ainsi que sur les systèmes de gestion de vol FMS CMA-9000 présents dans les laboratoires de la compagnie CMC Electronics.

Pour la première partie du projet, les résultats obtenus présentent une amélioration dans la prédiction du débit de carburant en croisière. Ces résultats montrent une réduction de la consommation de carburant et de l’émission de bioxyde de carbone par l’avion et l’erreur de prédiction du débit de carburant tend vers 0. En ce qui concerne la deuxième partie du projet, la fonction de croisière en montée continue présente des résultats prometteurs. En effet, cette fonction permet de minimiser le nombre de changements de régime, effectués par le pilote, afin de suivre l’altitude optimale. Cette fonction a permis d’optimiser la consommation de carburant en croisière par 6% et ainsi de réduire la quantité de gaz à effet de serre émise par l’avion

Titre traduit

New algorithms for optimizing aircraft performances in cruise

Résumé traduit

This Research Master's thesis deals with the methodologies adopted to optimize the performance of an aircraft in flight in order to reduce fuel consumption, and therefore, the emission of greenhouse gases. The main objective is to reduce the environmental footprint of the Aerospace Engineering sector. This objective accomplishment needs setting up algorithms that can be integrated into the Flight Management Systems as functions used by the crew during the flight. Our study is applied with the longest flight phase which is the cruise.

The study made during this project focuses on the evolution of aircraft performance parameters during flight, such as weight, fuel flow, altitudes and speeds. These parameters are generated using the Performance DataBase (PDB), which has been qualified and validated before its use in order to avoid any miscalculation that could affect the proper functioning of the algorithms.

Two algorithms were developed during this project: The first algorithm is based on a concept of local and global update of the drag coefficient table, that would allow to predict, and then to correct the fuel flow by the Flight Management System (FMS), the second algorithm allows the creation of a new function integrated into the FMS, which makes it possible to follow the optimal altitudes during the cruise according to a continuous climb trajectory.

The aircraft used in this research thesis are the Cessna Citation X business aircraft, and the Airbus A310 commercial passenger aircraft. The validation of the results was done on the FAA-certified flight dynamics research flight simulator for the Cessna Citation X at the LARCASE and on the Flight Management Systems FMS CMA 9000 present in the laboratories of CMC Electronics company.

Results obtained for the first algorithm show an improvement in the prediction of the fuel flow in the cruise regime. These results show a reduction in fuel consumption and in carbon dioxide emissions by the aircraft and the fuel flow prediction error tends to 0. Regarding the second part of the thesis, the continuous climb cruise function gives promising results. Indeed, this function makes it possible to minimize the number of changes in the regime, made by the pilot, in order to follow the optimal altitude. This function has made it possible to optimize fuel consumption by 6% in cruise and to reduce the amount of greenhouse gases emitted by the aircraft.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 91-92).
Mots-clés libres:	performance, croisière, système de gestion de vol, avion, gaz à effet de serre
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Botez, Ruxandra
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	22 mars 2021 18:05
Dernière modification:	22 mars 2021 18:05
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2651

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